강릉시 불화산 일대 뢰스 퇴적층의 형성 과정과 퇴적 환경

Formative process and sedimentary environment of loess sediments around Mt. Bulhwa, Gangneung-si, South Korea

  • cc icon
  • ABSTRACT

    본 연구는 강릉시 불화산 일대에 분포하고 있는 뢰스 퇴적층을 포함한 제4기 미고결 퇴적층의 형성 과정과 퇴적 환경을 밝히고자 한다. 최상부의 Unit I은 점토질 실트 퇴적층으로, 일반적으로 국내에서 확인된 뢰스 퇴적층에 해당하는 퇴적상 및 입도 특성을 보인다. 따라서 Unit I은 장거리 운반에 의해 퇴적된 뢰스 퇴적층으로 생각되지만, 국내 다른 지역에서 보고된 뢰스 퇴적층보다 주변에서 기원한 물질을 더 포함하고 있다. Unit II는 전체적으로 상부의 Unit I과 유사한 뢰스 퇴적층이지만, Unit I보다 주변에서 기원한 물질을 더 많이 포함하고 있어, 점이적인 층준으로 생각된다. 최하부의 Unit III는 모래가 주를 이루고 있으며 층리구조가 확인되어, 해안단구 퇴적층으로 생각된다. 그러나 Unit III-1과 Unit III-2는 입도 조성이 상이하여, 동일하게 파랑의 작용에 의해 형성되었다 하더라도 서로 다른 퇴적 환경에서 형성된 해안단구 퇴적층인 것으로 생각된다.


    This study aims to reveal formative process and sedimentary environment of Quaternary unconsolidated sediments including loess sediments distributing around Mt. Bulhwa, Gangneung-si, South Korea. Uppermost Unit I is clayey silt sediments and shows sedimentary facies and grain size properties corresponding to loess sediments in Korea, suggesting that Unit I is loess sediments through long-distance transport with more locally derived materials than loess sediments in Korea. Unit II is also considered as loess sediments similar to Unit I with more locally derived materials than Unit I, indicating a transitional horizon. Bottommost Unit III consists mainly of sand grains with a bedding structure, suggesting marine terrace deposits. Because Unit III-1 and Unit III-2 indicate different properties in grain size, however, they seem to be marine terrace deposits under different sedimentary environments in spite of the same formative process.

  • KEYWORD

    뢰스 , 입도 분석 , 해안단구 , 형성 과정 , 퇴적 환경

  • I. 서 론

    해안단구는 제4기 지반 운동과 기후 변화와 관련되어 형성된 과거 해안의 평탄면으로, 현재의 해안선보다 높은 고도에 위치하고 있다. 해안단구는 현재의 파랑이 영향을 미칠 수 없는 곳에 있기 때문에, 과거부터 거주지나 교통로로 이용되면서 인간 활동의 중심지 역할을 수행해 왔다. 이러한 이유로 해안단구는 국내 지형학계의 많은 관심을 끌어 왔다. 국내 해안단구 연구는 동해안을 중심으로 이루어져 왔으나, 최근에는 강진만, 고흥반도, 순천만, 광양만, 사천만 및 거제도와 같은 남해안 지역(이광률·박충선, 2006; 양재혁, 2008; 2011; 양재혁 등, 2013)과 보령 및 서산 일대와 같은 서해안 지역(윤순옥 등, 2007; 2011)에서도 해안 단구가 보고되고 있다.

    파랑이나 하천의 침식 작용으로 형성된 단구를 제외하면, 대부분의 단구는 자갈 및 모래가 주를 이루는 두꺼운 퇴적층으로 이루어져 있으며, 층리 구조(bedding structure) 및 복와 구조(imbricated structure)를 비롯하여 과거 파랑이나 하천 작용을 유추할 수 있는 다양한 퇴적 구조를 보인다. 또한 단구면은 상대적으로 평탄한 지형면으로, 풍성 작용에 의한 물질이 퇴적될 수 있는 적절한 장소를 제공한다. 국내 여러 지역에서 단구 퇴적층 위에 세립의 미고결 퇴적층이 발견되었으며, 입도 및 지구화학적 특성 그리고 광물학적 분석을 통해 장거리 운반으로 형성된 뢰스 퇴적층(신재봉 등, 2005; 윤순옥 등, 2007; 2011; 2013; 황상일 등, 2009; 2011; Jeong et al., 2013)임이 확인되었다.

    아울러 하부의 단구 퇴적층 그리고 상부의 뢰스 퇴적층으로 이루어진 미고결 퇴적층에 대한 물리, 화학적 분석 결과는 한반도 지반 운동 역사뿐만 아니라 빙하성 해수면 변동, 과거 파랑 및 하천 작용에 대한 단서를 제공해 줄 수 있으며, 과거 대기 순환을 비롯한 동북아시아 지역의 고기후 변화를 확인하는데 있어 중요한 정보를 제공해 줄 수 있을 것으로 기대된다.

    국내 뢰스 연구는 전북 김제, 정읍(박동원, 1985)을 시작으로, 경기 연천(오경섭·김남신, 1994; 신재봉 등, 2004; Kim et al., 2012; Jeong et al., 2013), 용인(이용일·이선복, 2002; Jeong et al., 2013), 남양주(Yu et al., 2008) 및 안성(김영래, 2007), 제주(Yatagai et al., 2002; Lim et al., 2005; Lim and Matsumoto, 2006; 2008a; 2008b), 강원 홍천(신재봉 등, 2005) 및 고성(Hwang et al., 2014), 충남 보령(윤순옥 등, 2007) 및 서산(윤순옥 등, 2011), 전북 부안(박충선 등, 2007) 및 완주(황상일 등, 2009), 경남 거창(황상일 등, 2011), 울산 울주(윤순옥 등, 2012), 충북 진천(윤순옥 등, 2013), 경북 경주 및 서울(Jeong et al., 2013) 등지에서 이루어졌지만, 경주와 고성에서 이루어진 연구를 제외하면 동해안 일대에 분포하고 있는 뢰스 퇴적층에 대한 연구는 아직까지 매우 부족한 실정이다. 동해안 일대의 뢰스 퇴적층은 뢰스 물질의 한반도내 공간적 변화를 이해하는데 있어 매우 중요하며, 한반도내 뢰스 물질의 공간적 변화는 국내에 분포하는 뢰스 퇴적층의 기원지뿐 아니라 동북아시아의 과거 대기 순환을 이해하는데 있어 중요한 정보를 제공해 줄 수 있을 것으로 기대된다.

    본 연구는 입도 분석 결과를 중심으로 강릉시 불화산 일대에 분포하고 있는 뢰스 퇴적층을 비롯한 제4기 미고결 퇴적층의 형성 과정 및 퇴적 환경을 밝히고자 한다.

    II. 연구 지역 개관 및 퇴적상

       1. 연구 지역 개관

    조사 단면은 강원도 강릉시 강동면 하시동리에 위치하고 있으며(Fig. 1; 북위 37°44′59″, 동경 128°58′05″), 해안선으로부터 약 450m 내륙에 위치한다. 조사 단면의 남쪽에서 강릉시 강동면 언별리 만덕봉(1035m)에서 발원한 군선천 그리고 강릉시 강동면 산성우리 망기봉(755m)에서 발원한 임곡천이 각각 북동류 및 북서류하여 합류한 후, 강릉시 구정면 덕현리에서 발원한 시동천과 합류하여 동해로 유입한다. 조사 단면의 북쪽으로는 강릉시 구정면 구정리 갈미봉(818m)에서 발원한 섬석천과 강릉시 왕산면 목계리 두리봉(1032m)에서 발원한 남대천이 합류하여 동해로 유입한다.

    연구 지역 일대의 지형은 조사 단면이 위치한 지점을 기준으로 분명한 차이를 보이고 있다. 즉 조사 단면의 북쪽과 서쪽 지역은 범람원 및 해안 충적평야가 자리 잡고 있으며, 특히 섬석천의 하류부와 남대천의 하구부 지역에 넓은 충적평야가 발달해 있다. 이러한 충적평야 사이에는 해발 고도가 낮고 사면 경사가 완만한 구릉지성 산지가 넓게 분포하고 있다. 이와는 대조적으로, 조사 단면의 남쪽은 험준한 산지와 좁은 하곡이 특징적으로 분포하고 있으며, 평야는 하천 양안을 따라 또는 하천 합류부에 분포하고 있는 좁은 범람원 및 하구부에 형성된 소규모의 해안 충적평야로 이루어져 있다. 조사 단면 일대의 이러한 지형적 차이는 기반암 분포에 기인한다. 즉 군선천과 임곡천의 유역분지는 주로 고생대 조선누층군과 평안누층군의 퇴적암으로 이루어져 있는데 반해, 시동천은 풍화 및 침식 작용에 상대적으로 약한 쥬라기 대보화강암 위를 흐르고 있다. 한편 남대천과 섬석천은 대부분 대보화강암 지역을 흐르지만, 일부 구간 또는 상류부 지역은 고생대 퇴적암으로 이루어져 있다. 연구 지역 주변의 퇴적암은 석병산 석회암(조선누층군, 고생대 초기~중기) 및 만항층, 금천층, 장성층, 함백산층, 만덕산층 그리고 언별리층(평안누층군, 고생대 후기~중생대 초기) 등으로 구성된다(한국지질자원연구원, 2001).

    조사 단면과 해안선 사이에는 길이 약 3km, 최대 폭 약 500m의 안인사구라 불리는 해안사구가 분포하고 있다(최광희, 2009). 이 해안사구를 이루고 있는 퇴적물의 평균 입경은 600~1100μm이며, OSL(Optically Stimulated Luminescence) 연대 측정 결과, 전사구(첫 번째 빈제)에서 0.9~1.1ka, 두 번째 빈제에서 1.6~1.9ka, 세 번째 빈제에서 2.6~3.3ka의 연대를 보였으며, 이는 홀로세 동안 해안사구가 바다 쪽으로 확장된 것을 의미한다(최광희, 2009). 조사 단면의 퇴적 환경을 확인하기 위해 해안사구의 입도 분석 결과(Choi et al., 2007; 최광희, 2009)를 조사 단면의 입도 분석 결과와 비교하였다.

    조사 단면은 시동천의 분수계에 위치하고 있다. 범람원과 해안 충적평야가 형성되기 이전, 해수면이 현재 수준에 도달한 홀로세 중기에 불화산(31m) 일대는 바다를 향해 돌출한 헤드랜드였다. 이후, 해면이 안정된 가운데 하천이 운반한 퇴적물과 파랑과 연안류가 운반한 퇴적물로 하곡이 매적되면서 해안선은 후퇴하였으며 현재의 범람원 및 해안 충적평야가 형성되었다.

       2. 퇴적상

    조사 단면은 퇴적층의 두께가 약 465cm이며, 야외관찰, 대자율 및 입도 분석 결과에 기초하여, 상부에서 하부로, 표층(surface soil), Unit I(깊이 0~92cm), Unit II(깊이 92~240cm), Unit III(깊이 240~465cm)와 기반암(깊이 465cm 이하)이 구분되었다. 그리고 Unit II와 Unit III는 각각 Unit II-1(깊이 92~180cm), Unit II-2(깊이 180~240cm) 그리고 Unit III-1(깊이 240~350cm), Unit III-2(깊이 350~465cm)로 세분하였다(Fig. 2). 조사 단면의 남동쪽으로 약 15m 떨어져 있는 노두에서는 원력 및 아원력으로 이루어진 역층이 확인되었지만, 조사 단면에서는 확인되지 않았다. Unit II와 Unit III 사이 경계(깊이 240cm)의 해발고도는 약 17.34m로 측정되었다.

    두께 약 1m인 표층은 실트 및 모래가 주를 이루고 있으며, 식물 뿌리(주로 소나무)가 다량 포함되어 있다. 약 50cm 두께의 표층 하부는 식물 뿌리의 밀도가 더욱 높아 시료 채취가 어려워 연구 대상에서 제외시켰다. Unit I은 주로 세립 실트로 이루어져 있으며, 육안으로 관찰 가능한 조립 입자는 확인되지 않는다. 이 층준의 두께는 약 92cm이며, 토색은 전체적으로 밝은 적갈색(5YR 5/6)이다. 깊이 0~60cm에는 폭 1cm 이하의 soil crack이 수직으로 발달해 있지만, 깊이 60~92cm에는 비슷한 폭을 보이는 수평의 soil crack이 발달해 있다.

    Unit II의 두께는 약 148cm로, 세립 실트가 주를 이루는 등 전체적으로 상부의 Unit I과 유사한 퇴적상을 보이지만, 하부에서는 조립 입자도 관찰된다. 이 층준은 깊이 180cm를 기준으로 Unit II-1과 Unit II-2로 세분된다. Unit II-1의 가장 상부인 깊이 92~120cm의 토색은 적색(10R 4/8)이며, 폭 1cm 내외의 수직의 soil crack이 하부와 연결되어 있다. Unit II-1의 중간에 위치하는 깊이 120~170cm에서는 상부에서 이어진 soil crack의 폭이 좀 더 넓어지며(1~2cm), 토색은 적색(10R 5/8)으로 상부와 거의 유사하다. Unit II-1의 하부인 깊이 170~180cm의 토색은 적등색(10R 6/8)이며, 상부보다 밝아지는 경향을 나타낸다. Unit II-2의 토색은 적색(10R 5/8)으로, 폭 2cm 이상의 soil crack이 수직적으로 발달해 있다. 육안 관찰상 Unit I 및 Unit II-1에서 발견되지 않았던 조립 입자가 발견되었으며, 하부로 갈수록 그 양은 증가한다.

    조사 단면에서 Unit III는 깊이 350cm를 기준으로 조립인 Unit III-1과 세립인 Unit III-2로 세분된다. 상부의 Unit I 및 Unit II와 달리, Unit III는 주로 모래로 이루어져 있으며, 수평의 층리 구조가 확인된다. Unit III는 전체적으로 등색(2.5YR 6/6 또는 2.5YR 7/6)과 밝은 황갈색(10YR 6/6)이 교대로 나타나며, 깊이 290~295cm에는 회백색 또는 흰색의 모래가 다량 포함되어 있다. 또한 깊이 295~365cm에는 유기물로 추정되는 지름 0.5cm 내외의 검정색 결핵(nodule)이 발견된다. 깊이 465cm 이하에는 약간 풍화된 기반암(화강암)이 나타난다.

    III. 연구 방법

    대자율은 ZH Instruments의 Magnetic Susceptibility Meter SM-30을 이용하여 조사 단면에서 2cm(Unit I과 Unit II) 또는 5cm(Unit III) 간격으로 측정하였다. 측정 오차를 최소화하기 위해, 동일한 위치에서 3번 측정하여 평균값으로 대자율 값을 표현하였다.

    조사 단면의 입도는 경희대학교 중앙기기센터에서 Malvern Instruments의 Laser Particle Size Analyzer Mastersizer-2000을 이용하여 분석하였다. 단면에서 2cm(Unit I과 Unit II) 또는 5cm(Unit III) 간격으로 채취된 모든 시료를 건조기에서 100℃로 약 24시간 동안 건조시킨 후, 30% 과산화수소(H2O2)로 유기물을 제거하고, 확산을 위해 0.4% 나트륨 헥사메타인산염(sodium hexametaphosphate, (NaPO3)6)으로 처리하였다. 분석된 결과에 기초하여, 평균 입경(mean), 분급(sorting), 왜도(skewness), 첨도(kurtosis) 및 중앙값(median)과 같은 입도 변수 그리고 모래(sand, >63μm), 조립 실트(coarse silt, 63~16μm), 세립 실트(fine silt, 16~4μm) 및 점토(clay, <4μm)의 함량을 GRADISTAT(Blott and Pye, 2001)을 이용하여 Folk and Ward(1957)의 방식으로 산출하였다.

    조사 단면의 퇴적 환경을 확인하기 위해 대천(윤순옥 등, 2007), 봉동(황상일 등, 2009), 거창(황상일 등, 2011), 해미(윤순옥 등, 2011), 진천(윤순옥 등, 2013) 및 고성(Hwang et al., 2014) 지역에서 확인된 뢰스 퇴적층의 입도 분석 결과와 비교하였다. 또한 퇴적 환경을 알고 있는 퇴적층으로부터 도출된 경험적 수식인 Y값(Lu et al., 2001; Zhang et al., 2005)을 산출하여, 중국 뢰스고원 및 양쯔강 하류의 뢰스 퇴적층과의 비교를 통해 조사 단면의 퇴적 특성을 살펴보았다.

    조사 단면의 절대 연대는 한국기초과학지원연구원에서 OSL 기법에 의해 총 4개 지점에서 채취한 시료로 측정되었다. 3개 시료의 연대 측정은 4~11μm의 석영 입자를 대상으로 이루어졌으나, 1개 시료에서는 이러한 크기의 입자가 상대적으로 적어 90~250μm의 석영 입자를 이용하였다.

    IV. 분석 결과

       1. 연대 측정 결과

    조사 단면의 OSL 연대 측정 결과는 (Table 1)에 제시되어 있다. 가장 젊은 연대(41±14ka)는 최하부에서 채취한 시료(GRBH270, 깊이 270cm)에서 도출되었으며, 이 연대는 조사 단면에서 남동쪽으로 약 15m 떨어져 있는 노두의 모래 층준에서 분석된 OSL 연대(40~56ka)와 유사하다(불화산 단구; 김종욱 등, 2008). 한편 깊이 150cm에서 채취한 시료(GRBH150)는 깊이 100cm에서 채취한 시료(GRBH100)보다 젊은 연대를 보이지만, 시료 GRBH50(깊이 50cm에서 채취)과 GRBH100은 최소한 층서와는 어울리는 연대 결과를 보이고 있다.

    [

    ] Results of OSL age dating in the section studied.

    label

       2. 대자율 및 입도 분석 결과

    조사 단면의 층서 및 깊이에 따른 대자율, 중앙값 그리고 Y값의 변화를 (Fig. 3)에 나타내었다. 조사 단면은 대자율 값에 기초하여 Unit I과 Unit II의 경계인 깊이 92cm를 기준으로 상부와 하부 단면으로 구분된다. 상부 단면은 상대적으로 높은 대자율 값으로 특징지을 수 있는 반면, 하부 단면은 낮은 대자율 값을 보인다. Unit I에서 대자율 값은 깊이 0cm에서 하부로 갈수록 증가하는 경향을 보이다가, 깊이 12cm에서 최대치(약 194×10-5 SI unit)에 이른다. 이후, 대자율 값은 약간의 변동을 보이면서 하부로 갈수록 감소하는 경향을 나타낸다. 깊이 44cm에서 대자율 값은 약 71×10-5 SI unit이며, 이후 깊이에 따라 약간의 변동을 보이면서 다시 증가한다. 깊이 68cm에서 약 124×10-5 SI unit의 두 번째로 높은 대자율 값을 보인다. 깊이 68cm와 92cm 사이에서, 대자율 값은 거의 변화가 없지만, 이후 크게 감소한다.

    Unit II(2~34×10-5 SI unit)와 Unit III(-7~8×10-5 SI unit)에서 대자율 값은 각 층준 내에서 큰 변동 없이, 깊이에 따라 약간 감소하는 경향을 보인다. Unit I보다 Unit II에서 대자율 값이 낮은 것은 풍화의 차이와 더불어 석영과 같은 규산염 광물이 혼합되었기 때문인 것으로 생각되며, Unit III의 낮은 대자율은 Unit II보다 규산염 광물이 보다 많기 때문인 것으로 생각된다.

    중앙값은 대자율과 대조적인 변화 양상을 보인다. 즉 Unit I에서는 거의 변화가 없는 반면, Unit II와 Unit III는 큰 변화를 보인다. Unit I의 중앙값은 5.5~7.4μm이며, Unit II에서는 7.0~52μm로, 깊이 130cm(약 32μm), 166cm(약 20μm) 그리고 204cm(약 31μm)에서 3번의 정점이 확인된다. 그러나 Unit II의 최하부(깊이 240cm)는 Unit II의 다른 시료보다 중앙 값이 매우 큰데, 이는 하부 층준(Unit III)과의 혼합에 의한 것으로 생각된다. 한편 Unit II-1의 중앙값이 Unit II-2의 중앙값에 비해 약간 작지만, 큰 차이를 보이지는 않는 반면, Unit III-1과 Unit III-2에서는 차이가 크다. Unit III-1의 중앙값은 57~183μm인데 비해, Unit III-2의 중앙값은 17~105μm이다. 그러나 깊이 450cm 이하의 시료들은 Unit III-1과 중앙값이 유사한데, 이는 기반암에서 유래한 조립 물질과의 혼합에 의한 것이다. 조사 단면의 각 층준은 서로 다른 입도 특성을 보이고 있으며, 이는 각 층준이 서로 다른 퇴적 환경에서 형성되었음을 의미한다.

    조사 단면에서 각 층준의 입도 특성은 Y값 변화에서도 확인된다. Unit I에서 Y값은 대부분 –10 이하인데 반해, Unit II의 Y값은 대부분 -10보다 크다. Unit III-1은 Y값이 2.1~12인데 비해, Unit III-2의 Y값은 -8.5~15이다.

    조사 단면의 입도별 비율, 특히 모래 함량은 각 층준의 특성을 잘 반영하고 있다(Fig. 4). Unit I에서 모래 함량은 시료 사이에 큰 편차 없이 2~11%인 반면, Unit II에서는 최대 약 45%(깊이 240cm)에 이른다. Unit III-1과 Unit III-2의 모래함량은 각각 47~76%, 11~69%이다. 상술한 바와 같이, Unit II에서 각각 3번의 조립과 세립 시기가 입도 비율에서도 확인되며, 이는 Unit II가 형성되는 동안 퇴적 환경이 다른 시기가 교대로 세 번 나타났음을 의미하는 것으로 생각된다. 한편 점토 함량은 Unit I에서는 32~41%인 반면, 하부로 갈수록 감소하여 Unit II에서는 8~34% 그리고 Unit III에서는 2~16%를 차지하고 있다. 세립 실트 함량 역시 상부에서 하부로 갈수록 감소하는 경향을 보이고 있으며, 각각 38~44%, 14~42% 그리고 5~33%를 차지하고 있다. Unit I, Unit II 그리고 Unit III에서 조립 실트 함량은 각각 16~21%, 20~41% 그리고 16~43%이다.

    V. 토 론

       1. 뢰스 퇴적층의 형성 과정과 퇴적 환경

    조사 단면 상부의 Unit I과 Unit II는 soil crack과 함께 세립 실트가 주를 이루고, Unit II-2에서 조립질 실트와 모래와 같은 조립 입자들이 상대적으로 높은 비율을 차지하지만, 다른 지점에서는 자갈을 비롯한 조립 입자가 육안으로 관찰되지 않았다. 또한 조사 단면 하부의 Unit III에서는 층리 구조가 확인되었으나, Unit I 및 Unit II에서는 이러한 퇴적 구조가 없었다. 게다가 Unit I의 중앙값은 5.5~7.4μm이며, 모래 함량은 2~11%에 불과하다. 이러한 Unit I과 Unit II의 입도 조성 및 퇴적상은 사면 이동 또는 하천이나 파랑의 작용에 의해 형성된 퇴적층과는 판이하고, 기존에 국내에서 보고된 뢰스 퇴적층과 매우 유사하다. 따라서 이러한 퇴적상 및 입도 특성은 조사 단면의 Unit I과 Unit II가 바람에 의해 형성된 풍성 퇴적층인 뢰스퇴적층임을 의미한다.

    조사 단면의 퇴적 환경을 확인하기 위해, 국내에서 보고된 뢰스 퇴적층의 입도 변수를 Unit I의 입도 변수와 비교하였다(Fig. 5). Unit I 및 국내 뢰스 퇴적층의 일부 시료를 제외하면, Unit I은 국내 뢰스 퇴적층과 서로 구분할 수 없을 정도로 매우 유사한 입도 특성을 보이고 있다. 예를 들어, 조사 단면의 Unit I과 국내 뢰스 퇴적층의 평균 입경 및 중앙값은 대부분 5~9μm이며, 대부분의 시료가 -8 이하의 Y값을 보이고 있다. 이러한 입도 특성은 조사 단면의 Unit I이 국내 뢰스 퇴적층과 동일한 기작에 의해 형성된 풍성 퇴적층임을 지시한다. 그러나 Unit I과 국내 뢰스 퇴적층 사이에 약간의 차이도 확인된다. 즉 Y값이 국내 뢰스 퇴적층보다 약간 크며, 왜도 및 첨도 역시 다른 뢰스 퇴적층과 다소 차이가 있다. 또한 국내 뢰스 퇴적층의 모래 함량은 대략 5% 이하인데 반해, 조사 단면의 Unit I은 모래 함량이 최대 11%에 이른다. 이러한 차이는 국내 다른 지역의 뢰스 퇴적층보다 많은 양의 조립 물질이 혼합되어 있음을 의미한다.

    퇴적 환경을 알고 있는 퇴적물의 입도 분석을 통해 도출된 경험적인 수식인 Y값은 다양한 퇴적 환경을 구분하기 위해 사용되어 왔다. Y값이 약 -2.7보다 작으면 풍성 퇴적층으로 간주되며, 호소 퇴적층의 경우 920~1290 그리고 하천 퇴적층의 경우 –0.5~3.2의 Y값을 보인다(Lu et al., 2001; Liu et al., 2014). 또한 퇴적물이 세립일수록 Y값도 작아진다(Lu et al., 2001). 중국 뢰스고원에서 뢰스와 고토양 시료의 Y값은 -7.9~0.1이며 Red Clay는 -12.3~0의 Y값을 보인다(Lu et al., 2001). Xiashu 뢰스라 불리는 양쯔강 하류의 뢰스 퇴적층은 -21.8~-4.9의 Y값을 보인다(Zhang et al., 2005). 따라서 Unit I의 Y값은 중국 뢰스고원의 뢰스와 고토양 시료보다는 Red Clay와 더 유사하며, Xiashu 뢰스와 유사하거나 약간 더 조립이다. 이러한 Unit I의 Y값은 Unit I이 중국 뢰스고원과 공통의 기원지를 공유하거나 중국 뢰스고원에서 재운반된 물질로 이루어져 있음을 의미한다. 이와 더불어, 퇴적 이후 풍화 작용도 Unit I의 입도 특성에 영향을 미쳤을 가능성이 있다.

    조사 단면의 Unit I이 주로 장거리 운반을 통해 퇴적된 물질로 이루어져 있다는 사실은 조사 단면 주변의 해안사구 퇴적물과의 입도 특성 비교를 통해서도 확인 가능하다(Fig. 6). 첨도와 왜도(Fig. 6(d))를 제외하면, 조사 단면의 모든 입도 변수는 해안사구 시료와 분명한 차이를 보이고 있다. (Fig. 6(a))를 예로 들면, 해안사구를 이루고 있는 모래 입자 역시 뢰스 퇴적물과 마찬가지로 기원지에서 멀어질수록 세립의 특성을 보인다. 그러나 조사 단면의 모든 시료는 해안사구 구성 물질보다 훨씬 더 세립의 경향을 보이고 있다. 이는 조사 단면 주변의 해안사구를 이루고 있는 물질에 의해 Unit I이 형성되지 않았음을 의미한다. Unit II 역시 해안사구 시료와 차이를 보이고 있으며, 이는 Unit II가 주변에서 운반된 조립 물질을 소량만 포함하고 있거나 해안사구를 발달시킨 홀로세 동안의 풍성 작용은 Unit II에 영향을 미치지 않았음을 의미한다.

    한편, 왜도와 첨도 사이의 관계(Fig. 6(d))에서 해안사구와 조사 단면의 Unit I이 유사한 특성을 보이고 있는데, 이 관계가 풍성 퇴적물의 특성을 나타내는 것으로 생각된다. 이 관계에 있어서, Unit III는 Unit I 및 Unit II와는 차이를 보이고 있다.

    Unit II의 경우, 상부의 Unit I과 동일한 물질이 주를 이루고 있으나, 조립 물질이 보다 많다. 따라서 Unit III가 형성된 이후, 뢰스 퇴적의 초기에 장거리 운반에 의해 퇴적된 세립 물질과 더불어 주변에서 운반된 조립 물질이 혼합되어 Unit II를 형성한 것으로 생각된다. 하부의 Unit III와 달리 층리 구조가 확인되지 않는다는 점, Unit II와 Unit I의 퇴적 구조의 유사성 그리고 Unit II와 Unit I 사이에 부정합과 같은 퇴적의 휴지기 등이 발견되지 않는다는 점 등에서 바람에 의해 Unit II가 형성되었으며, 기원지가 다른 이질적인 물질이 혼합되어 형성된 것으로 판단된다. Unit II에서 확인되는 3번의 조립과 3번의 세립 시기는 각각 빙기(또는 아빙기) 그리고 간빙기(또는 아간빙기)에 대비될 수 있으나, 조사 단면이 해안가에 위치하고 있기 때문에 폭풍이나 태풍과 같은 일시적인 강한 바람에 조립 물질이 조사 단면으로 운반되었을 가능성도 있다.

    조사 단면 하부의 Unit III는 상부의 Unit I 및 Unit II와는 달리, 층리 구조가 뚜렷하게 관찰되어 흐르는 물에 의해 형성된 퇴적층으로 생각된다. Unit III의 기원과 관련하여, 하천 작용에 의해 형성되었다는 주장(김종욱 등, 2008)도 있지만, 조사 단면이 위치한 지역이 간빙기의 고해수면 환경에서 헤드랜드에 해당하기 때문에, 간빙기의 고해면기에 하천과 파랑 작용 모두가 조사 단면의 Unit III에 영향을 미쳤을 것이다.

    Unit III는 입도 분석 결과로 볼 때, 상부의 Unit III-1과 하부의 Unit III-2로 세분되며, Unit III-1이 Unit III-2에 비해 조립의 특성을 보인다. 따라서 동일한 작용에 의해 형성되었다 하더라도, 두 층준의 퇴적 환경은 각기 달랐던 것으로 생각된다. 이러한 관점에서, 남대천 하구부(안목항 일대)에서 남쪽으로 임곡천 하구부(염전해안)에 이르는 해안 지역에서 수심 30m까지 이루어진 퇴적물의 입도 분석 결과(오재경 등, 2007)는 수심이 깊어짐에 따라 세립화 경향을 보이며, 모래 함량 역시 점점 감소하였다. 또한 수심이 약 20m에 이르러야 평균 입경이 약 125μm에 달하며, 이때의 중앙값은 100~300μm이었다. 또한 수심 30m에서 채취된 시료 중 일부만이 100μm이하의 평균 입경을 보였다. 따라서 Unit III-1과 Unit III-2는 서로 다른 수심 환경에서 퇴적된 것으로 생각된다.

       2. 뢰스 퇴적층의 편년

    조사 단면에서 Unit III의 고도는 약 17.34m로, 이는 최성길(1993; 1996)의 해안단구 저위I면과 동일한 지형면으로, 최종 간빙기 중 가장 온난했던 시기인 MIS(Marine Isotope Stage) 5e(약 125ka)의 형성 시기를 갖는 동해안 해안단구 및 해면변동성 하안단구 저위I 면(윤순옥 등, 2003; 황상일 등, 2003)과 대비된다.

    대자율 변화에서, 조사 단면의 Unit I과 Unit II는 각각 고토양과 뢰스 층준으로 판단된다. 만약 해안단구에 해당하는 층준인 Unit III의 형성 시기를 MIS 5e로 생각한다면, Unit I은 최종 간빙기중 비교적 온난한 시기였던 MIS 5a 또는 MIS 5c에 형성되었고, Unit II는 최종 간빙기중 비교적 한랭한 시기였던 MIS 5b 또는 MIS 5d에 형성되었을 것이다. 그러나 약 56ka 동안 지속되었고 퇴적율이 상당히 낮았을 최종 간빙기에 두께가 약 240cm에 달하는 뢰스 퇴적층이 국내에서 형성되기에는 무리가 있다. 한편 Unit I은 최종 빙기중 아간빙기에 해당하는 MIS 3에 그리고 Unit II는 MIS 4에 형성되었을 가능성도 있다. 그러나 아간빙기인 MIS 3에 형성된 고토양 층준이 상당히 높은 대자율 값을 보이고 있어, 확신을 갖기에는 어려움이 있다. 다른 한편으로 GRBH150의 연대 측정 결과가 상부의 GRBH100의 연대보다 젊지만, Unit I과 Unit II에서 분석된 시료들이 전반적으로 MIS 6에 해당하는 연대를 보이고 있다. 이러한 분석 결과를 받아들인다면, 하부의 Unit III는 MIS 7에 형성된 해안단구 퇴적층으로 생각할 수 있다. 그러나 이러한 연대 추정은 기존에 국내 동해안에서 이루어진 연구 결과와 큰 차이를 보인다. 뢰스와 고토양 층준에 해당하는 Unit II와 Unit I에 대한 상술한 연대 추정 가운데 해안단구 지형면 형성과 관계 지어 볼 때, 두 번째 추정이 가장 가능성이 높을 것으로 생각되지만, 본 연구에서 분석된 연대 결과는 일반적으로 알려진 동해안 해안단구 지형면 형성 시기와 매우 상이하며, 상부와 하부 층준 사이에 연대 역전 현상도 확인된다. 그러므로 조사 단면의 편년에 대해서는 추후 연구를 통해 보완해야 할 것으로 생각된다.

    VI. 결 론

    본 연구는 OSL 연대 측정, 대자율 측정 및 입도 분석을 통해, 강릉시 강동면 하시동리 불화산 일대에 퇴적되어 있는 뢰스 퇴적층을 포함한 제4기 미고결 퇴적층의 형성 과정과 퇴적 환경을 밝혔다. 조사 단면은 상부에서 하부로, Unit I, Unit II, Unit III 그리고 기반암으로 이루어져 있으며, Unit II와 Unit III는 각각 Unit II-1, Unit II-2 그리고 Unit III-1, Unit III-2로 세분된다. Unit I은 시료 사이에 큰 차이와 함께 매우 높은 대자율 값을 보이지만, 이하의 층준에서는 Unit II가 Unit III에 비해 약간 높은 대자율 값을 보이지만 거의 변화가 없다.

    입도 분석 결과, Unit I의 입도 변수는 국내에서 보고된 뢰스 퇴적층과 매우 유사하며, 조사 단면 주변의 해안사구와는 큰 차이를 보이고 있다. 또한 Unit I의 Y값은 중국 뢰스고원의 뢰스 및 고토양 시료보다 작고, Red Clay 및 Xiashu 뢰스와 유사하다. 이러한 입도 특성은 Unit I이 장거리 운반에 의해 형성되었거나 퇴적 이후 강한 풍화 작용을 경험하였음을 의미하는 것으로 생각된다. 그러나 조사 단면의 Unit I은 약간의 조립 물질을 포함하고 있어, 국내 뢰스 퇴적층과 약간 다른 입도 변수를 보이기도 한다.

    Unit II는 전체적으로 Unit I과 유사한 퇴적상을 보이지만, Unit I에서 관찰되지 않던 조립 입자가 확인되었다. 따라서 뢰스 퇴적의 초기에 장거리 운반에 의해 퇴적된 세립 물질과 더불어 주변에서 운반된 조립물질이 혼합되어 Unit II를 형성한 것으로 생각된다.

    Unit III는 모래가 주를 이루고 있으며, 층리 구조가 확인되어 해안단구 퇴적층으로 생각된다. 그러나 Unit III-1과 Unit III-2가 서로 다른 입도 특성을 보이고 있어, 서로 다른 환경 즉, 서로 다른 수심 환경에서 퇴적된 것으로 생각된다. 본 연구의 OSL 연대 측정 결과는 연대 역전 현상을 보이고 있어, 연대에 관한 논의는 추후 보완되어야 할 것이다.

    • 1. 김 영래 2007 “차령 산지 내 소규모 분지에 퇴적된 풍적토 특성-안성시 일죽면” [한국지형학회지] Vol.14 P.67-81 google
    • 2. 김 종욱, 장 호완, 최 정헌, 최 광희, 변 종민, 홍 성찬 2008 “강릉 해안 일대의 단구 지형 특성 및 단구 퇴적물에 대한 OSL 연대 측정” [2008년 한국지형학회 하계학술대회 자료집] P.38-42 google
    • 3. 박 동원 1985 “김제·정읍 일대에 분포하는 뢰스상적황색토에 대한 연구” [지리학] Vol.32 P.1-10 google
    • 4. 박 충선, 윤 순옥, 황 상일 2007 “전북 부안 화강암지역 뢰스-고토양 연속층의 퇴적물 특성과 기원지” [대한지리학회지] Vol.42 P.898-913 google
    • 5. 신 재봉, 유 강민, Naruse T., Hayashida A. 2004 “전곡리 구석기 유적 발굴지인 E55S20-IV 지점의 미고결 퇴적층에 대한 뢰스-고토양 층서에 관한 고찰” [지질학회지] Vol.40 P.369-381 google
    • 6. 신 재봉, Naruse T., 유 강민 2005 “뢰스-고토양 퇴적층을 이용한 홍천강 중류에 발달한 하안단구의 형성시기” [지질학회지] Vol.41 P.323-333 google
    • 7. 양 재혁 2008 “해수면 변동에 따른 남해안의 지형발달과정과 해안기후단구” [한국지형학회지] Vol.15 P.93-110 google
    • 8. 양 재혁 2011 “거제도 동부해안에서 파악되는 홀로세고해수준면과 지형발달과정” [한국지형학회지] Vol.18 P.101-112 google
    • 9. 양 재혁, 기 근도, 김 영래 2013 “순천만 일대 해안단구의 형성 및 기후지형환경” [한국지형학회지] Vol.20 P.57-74 google
    • 10. 오 경섭, 김 남신 1994 “전곡리 용암대지 피복물의 형성과 변화과정” [제4기학회지] Vol.8 P.43-68 google
    • 11. 오 재경, 정 선미, 조 용구 2007 “연안 개발에 의한 동해 해빈 퇴적물의 입자 조직 특성의 변화” [지구과학회지] Vol.28 P.914-924 google
    • 12. 윤 순옥, 박 충선, 황 상일 2011 “충남 서산 해미지역 뢰스-고토양 연속층의 지구화학적 특성” [지질학회지] Vol.47 P.343-362 google
    • 13. 윤 순옥, 박 충선, 황 상일 2012 “울산시 언양 지역 최종빙기 뢰스 형성과 퇴적물 특성” [한국지형학회지] Vol.19 P.157-168 google
    • 14. 윤 순옥, 박 충선, 황 상일 2013 “진천분지 뢰스-고토양 연속층의 형성과 퇴적 환경” [한국지형학회지] Vol.20 P.1-14 google
    • 15. 윤 순옥, 박 충선, 황 상일, Naruse T. 2007 “대천 지역 뢰스-고토양 연속층의 풍화특성” [지질학회지] Vol.43 P.281-296 google
    • 16. 윤 순옥, 황 상일, 반 학균 2003 “한반도 중부 동해안 정동진, 대진지역의 해안단구 지형발달” [대한지리학회지] Vol.38 P.156-172 google
    • 17. 이 광률, 박 충선 2006 “광양만 일대 해안단구의 퇴적물 특성과 지형 형성시기” [대한지리학회지] Vol.41 P.346-360 google
    • 18. 이 용일, 이 선복 2002 “용인시 평창리 구석기유적발굴지 고토양 특성과 이의 고고지질학적 적용” [지질학회지] Vol.38 P.471-489 google
    • 19. 최 광희 2009 홀로세의 해안사구 형성과 해수면 변화: 동해안과 서해안을 중심으로 google
    • 20. 최 성길 1993 “한국 동해안에 있어서 최종간빙기의 구정선고도 연구; 후기 경신세 하성단구의 지형층서적 대비의 관점에서” [제4기학회지] Vol.7 P.1-26 google
    • 21. 최 성길 1996 “한국 남동부해안 포항 주변지역 후기 갱신세 해성단구의 대비와 편년” [한국지형학회지] Vol.3 P.29-44 google
    • 22. 2001 1:250,000 강릉-속초 지질도폭 설명서 google
    • 23. 황 상일, 강 창혁, 윤 순옥 2011 “경남 거창분지 정장리 뢰스-고토양 연속층의 퇴적물 특성과 편년” [대한지리학회지] Vol.46 P.1-19 google
    • 24. 황 상일, 박 충선, 윤 순옥 2009 “전북 완주군 봉동 하안단구 상부 뢰스-고토양 연속층의 풍화특성과 기원지” [대한지리학회지] Vol.44 P.463-480 google
    • 25. 황 상일, 윤 순옥, 박 한산 2003 “한국 남동해안 경주-울산 경계지역 지경리 일대 해안단구 지형발달” [대한지리학회지] Vol.38 P.490-504 google
    • 26. Blott S.J., Pye K. 2001 “GRADISTAT: a grain size distribution and statistics package for the analysis of unconsolidated sediments” [Earth Surface Processes and Landforms] Vol.26 P.1237-1248 google doi
    • 27. Choi K.H., Yoon K.S., Choi J.H., Shin Y.K., Lee J.C., Suh M.H., Munyikwa K., Oh K.H. 2007 “Anthropogenic geomorphological changes during the last century in the Kangneung area along the east coast of Korea” [Journal of Coastal Research Special Issue] Vol.50 P.1015-1022 google
    • 28. Folk R.L., Ward W.C. 1957 “Brazos River bar: a study in the significance of grain size parameters” [Journal of Sedimentary Petrology] Vol.27 P.3-26 google doi
    • 29. Hwang S., Park C.S., Yoon S.O., Choi J. 2014 “Origin and weathering properties of loesspaleosol sequence in the Goseong area on the east coast of South Korea” [Quaternary International] google doi
    • 30. Jeong G.Y., Choi J.H., Lim H.S., Seong C.T., Yi S.B. 2013 “Deposition and weathering of Asian dust in Paleolithic sites, Korea” [Quaternary Science Reviews] Vol.78 P.283-330 google doi
    • 31. Kim J.C., Lee Y.I., Lim H.S., Yi S.B. 2012 “Geochemistry of Quaternary sediments of the Jeongokri archaeological site, Korea: implications for provenance and palaeoenvironments during the Late Pleistocene” [Journal of Quaternary Science] Vol.27 P.260-268 google doi
    • 32. Lim J., Matsumoto E. 2006 “Bimodal grain-size distribution of aeolian quartz in a maar of Cheju Island, Korea, during the last 6500 years: its flux variation and controlling factor” [Geophysical Research Letter] Vol.33 P.L21816 google doi
    • 33. Lim J., Matsumoto E. 2008a “Estimation of aeolian dust flux on Cheju Island, Korea, during the Mid- to Late Holocene” [Quaternary International] Vol.176-177 P.104-111 google doi
    • 34. Lim J., Matsumoto E. 2008b “Fine aeolian quartz records in Cheju Island, Korea, during the last 6500 years and pathway change of the westerlies over east Asia” [Journal of Geophysical Research] Vol.113 P.D08106 google doi
    • 35. Lim J., Matsumoto E., Kitagawa H. 2005 “Eolian quartz flux variations in Cheju Island, Korea, during the last 6500 yr and a possible Sunmonsoon linkage” [Quaternary Research] Vol.64 P.12-20 google doi
    • 36. Liu B., Qu J., Ning D., Gao Y., Zu R., An Z. 2014 “Grain-size study of aeolian sediments found east of Kumtagh Desert” [Aeolian Research] Vol.13 P.1-6 google doi
    • 37. Lu H., Vandenberghe J., An Z. 2001 “Aeolian origin and palaeoclimatic implications of the ‘Red Clay’ (north China) as evidenced by grainsize distribution” [Journal of Quaternary Science] Vol.16 P.89-97 google
    • 38. Yatagai S., Takemura K., Naruse T., Kitagawa H., Fukusawa H., Kim M.H., Yasuda Y. 2002 “Monsoon changes and eolian dust deposition over the past 30,000 years in Cheju Island, Korea” [Transactions, Japanese Geomorphological Union] Vol.23 P.821-831 google
    • 39. Yu K.M., Shin J.B., Naruse T. 2008 “Loesspaleosol stratigraphy of Dukso area, Namyangju City, Korea (South)” [Quaternary International] Vol.176-177 P.96-103 google doi
    • 40. Zhang Q., Zhu C., Jiang T., Becker S. 2005 “Mid-Pleistocene environmental reconstruction based on Xiashu loess deposits in the Yangtze Delta, China” [Quaternary International] Vol.135 P.131-137 google doi
    • [<Fig. 1>] Topographical and geological settings around the section studied (GRBH). Geological boundaries are edited from KIGAM (2001).
      Topographical and geological settings around the section studied (GRBH). Geological boundaries are edited from KIGAM (2001).
    • [<Fig. 2>] Photograph of the section studied.
      Photograph of the section studied.
    • [<Table 1>] Results of OSL age dating in the section studied.
      Results of OSL age dating in the section studied.
    • [<Fig. 3>] Stratigraphy and variations in the magnetic susceptibility (MS), median and Y values in the section studied.
      Stratigraphy and variations in the magnetic susceptibility (MS), median and Y values in the section studied.
    • [<Fig. 4>] Variations in the size fractions in the section studied.
      Variations in the size fractions in the section studied.
    • [<Fig. 5>] Comparisons of grain size parameters from Unit I in the section studied to the Korean loess (Yoon et al., 2007; 2011; 2013; Hwang et al., 2009; 2011; 2014).
      Comparisons of grain size parameters from Unit I in the section studied to the Korean loess (Yoon et al., 2007; 2011; 2013; Hwang et al., 2009; 2011; 2014).
    • [<Fig. 6>] Comparisons of grain size parameters from the section studied to the Anin sand dune (Choi et al., 2007; Choi, 2009). Note that the parameters from the section and sand dune are calculated following the method of moment.
      Comparisons of grain size parameters from the section studied to the Anin sand dune (Choi et al., 2007; Choi, 2009). Note that the parameters from the section and sand dune are calculated following the method of moment.